DE69326825T2

DE69326825T2 - Übertragung von datenpaketen in einer zellularen funkanordnung

Info

Publication number: DE69326825T2
Application number: DE69326825T
Authority: DE
Inventors: Pekka Pohjakallio
Original assignee: Nokia Networks Oy
Current assignee: Nokia Oyj
Priority date: 1992-08-14
Filing date: 1993-08-13
Publication date: 2000-04-20
Anticipated expiration: 2013-08-14
Also published as: JPH07501196A; WO1994005094A1; AU665856B2; FI923667A; NO306968B1; ATE185937T1; NO941329L; FI91699B; DE69326825D1; JP3201771B2; EP0612449B1; FI923667A0; EP0612449A1; FI91699C; AU4711093A; US5502721A; NO941329D0

Description

Erfindungsgebiet

Die Erfindung bezieht sich auf eine Übertragung von Datenpaketen in einem zellularen Funkanordnung.

Hintergrund der Erfindung

In fortschrittlichen digitalen zellularen Systemen wird typischerweise ein leitungsvermittelter Datenkanal für Datenanwendungen bereitgestellt. Bekanntermaßen ist die Herstellung leitungsvermittelte Verbindungen mit hohem Aufwand verbunden. Darüber hinaus muß der leitungsvermittelten Verbindung zumindest ein Verkehrskanal der Systemkapazität bis zum Trennen der Verbindung zugewiesen werden. Aus diesen Gründen sind leitungsvermittelte Datenverbindungen hauptsächlich für solche Anwendungen geeignet, die fortlaufend eine Übertragungskapazität auf einem Übertragungskanal des Systems für relativ lange Zeitperioden erfordern. Die Zuweisung eines leitungsvermittelten Kanals für die Übertragung ist ein typisches Beispiel für die für das System geeigneten Anwendungen.
Viele Datenanwendungen sind mit einem geringen, zufällig auftretenden Übertragungsbedarf und einem Erfordernis zum fortlaufenden Offenhalten der (virtuellen) Übertragungsverbindung verbunden. Eine leitungsvermittelte Verbindung ist für solche Zwecke nicht geeignet, da die Ressourcen des zellularen Systems ohne Grund reserviert werden, und die Verwirklichung eines Dienstes würde daher zu kostspielig.
Fortschrittliche digitale zellulare Systeme weisen auch einen Kurznachrichtdienst auf. Eine kurze Nachricht kann in Datendiensten für die Übertragung geringerer Datenmengen verwendet werden. Im GSM-System ähnelt beispielsweise das Versenden einer Kurznachricht einer üblichen Gesprächsaufbauprozedur, d. h. es handelt sich um ein sehr aufwendiges Signalisierungsereignis. Die Anwendbarkeit von Kurznachrichten ist daher bei der Herstellung ökonomischer Datenverbindungen beschränkt.
Für Datenanwendungen wurden bekannte paketvermittelte Funksysteme realisiert. Solche Systeme erfordern getrennte Netzinvestitionen für Datenverbindungen. Da die modernen zellularen Systeme eigene für Datenanwendungen verwendbare Funktionen aufweisen, ist es vorteilhaft, eine Verwendung dieser Funktionen zur Bereitstellung ökonomischer Datenverbindungen anzustreben.
Die US-A-4472802 vermittelt die Lehre des Messens einer Zeitverzögerung in einer Datenübertragung zwischen einer Mobilstation und einer Basisstation. Die Verzögerungsmessung wird zu der Mobilstation übertragen, die die Übertragungsverzögerung einstellt, um sicherzustellen, daß die Übertragung von der Mobileinheit mit dem ihr zugewiesenen Zeitschlitz synchronisiert wird.
Die PP-A-0522636 (veröffentlicht am 13. November 1993) schlägt ein Synchronisieren der Zeitlänge der übertragenen Datenpakete mit der Zeitlänge der Zeitschlitze eines gemeinsamen Kommunikationskanals vor. Ein erstes Zugriffsanforderungsdatenpaket wird vor der Übertragung tatsächlicher Nachrichtendatenpakete von einer Mobilstation übertragen. Eine Basisstation reserviert eine Vielzahl von Zeitschlitzen zur ausschließlichen Verwendung durch die Mobilstation und überträgt einen die Zeitverzögerung zwischen dem Beginn des Zeitschlitzes und dem Anfang des Empfangs des ersten Datenpakets repräsentierenden Code zu der Mobilstation. Die Mobilstation überträgt nachfolgende Nachrichtendatenpakete in den reservierten Zeitschlitzen mit einem solchen Zeitverlauf, daß die Basisstation die Nachrichtendatenpakete im wesentlichen synchron zu der Zeitschlitzverteilung empfängt.
Die EP-A-0332818 offenbart ein paketvermitteltes zellulares System mit einer zellularen Vermittlung und Basisstationen zum Bereitstellen paketvermittelter Datendienst für zellulare Mobilstationen. Die Basisstationen sind mit der zellularen Vermittlung über T1-Überbrückungsleitungen gekoppelt, die mit dem Landleitungstelefonnetz gekoppelt sind. Bei allen Zeitschlitzen in den Überbrückungsleitungen handelt es sich um klare Kanäle ohne Bündelsignalisierungsinformation, wobei ein Zeitschlitz in jeder Richtung für eine gemeinsame Kanalsignalisierung bestimmt ist. Jedem Paketbetriebsart-Funkkanal werden mehrere Datenanrufe zugewiesen, um das Funkkanalspektrum zu schonen.

Offenbarung der Erfindung

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen durch Bereitstellen einer neuen für ein digitales zellulares System ausgestalteten Paketübertragungslösung, die gegenüber den bekannten zellularen Netzdiensten deutlich ökonomischere Datenverbindungen ermöglicht.
Ein Konzept der Erfindung ist ein Verfahren für die Übertragung von Benutzerdaten im Paketformat in einem digitalen zellularen Funksystem mit Basisstationen zum Kommunizieren mit Mobilfunkstationen, wobei jede der Basisstationen zumindest einen von allen Mobilfunkstationen gemeinsam genutzten Organisationskanal aufweist zum Senden von Rundrufen von der Basisstation zu den Mobilstationen, zum Senden von Verbindungsanforderungen von den Mobilstationen zu der Basisstation, und zum Senden von Kanalzuweisungen zu den Mobilstationen, um eine aktuelle Verbindung auf einem anderen Kanal herzustellen, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:
Senden einer Datenübertragungsanforderung auf dem Zufallszugriffsorganisationskanal von der Mobilstation zu der Basisstation; Erfassen der Zeit des Sendens der Anforderung auf Grundlage der an der Basisstation empfangenen Forderung; Be stimmen einer der Entfernung zwischen der Basisstation und der Mobilstation entsprechenden Zeitvoreilung auf Grundlage der erfaßten Zeit; Senden der bestimmten Zeitvoreilungsinformation zu der Mobilstation; Senden von Benutzerdaten von der Mobilstation zu der Basisstation in Nachrichten, die länger als die Übertragungsanforderung sind, und zeitliches Einteilen der Übertragung der Nachrichten bezüglich der Operation der Basisstation anhand der Zeitvoreilung. Das Verfahren gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Sendens der Datenübertragungsanforderung einen Schritt des Sendens einer Zufallszugriffspaketdatenübertragungsanforderung umfaßt, und das der Schritt des Sendens von Benutzerdaten umfaßt Übertragen der Benutzerdatenpakete von den Mobilstationen zu der Basisstation verschachtelt mit den Verbindungsanforderungsnachrichten auf zumindest einem Zufallszugriffsorganisationskanal in Nachrichten, die zu keinem normalen Verbindungsaufbau führen.
Ein weiteres Konzept der Erfindung ist eine Mobilstation für ein digitales zellulares Funksystem mit Basisstationen zum Kommunizieren mit Mobilfunkstationen, wobei jede der Basisstationen zumindest einen von allen Mobilfunkstationen gemeinsam genutzten Organisationskanal aufweist zum Senden von Rundrufen von der Basisstation zu den Mobilstationen, zum Senden von Verbindungsanforderungen von den Mobilstationen zu der Basisstation, und zum Senden von Kanalzuweisungen zu den Mobilstationen, um dadurch eine aktuelle Verbindung auf einem anderen Kanal herzustellen, wobei die Mobilstation eine Einrichtung umfaßt zum Senden einer Datenübertragungsanforderung auf einem Zufallszugriffsorganisationskanal; eine Einrichtung zum Empfangen einer der Entfernung zwischen der Mobilstation und der Basisstation entsprechenden Zeitvoreilung von der Basisstation; eine Einrichtung zum Übertragen von Benutzerdaten zu der Basisstation in Nachrichten, die länger als die Übertragungsanforderung sind, durch zeitliches Einteilen der Übertragung der Nachrichten bezüglich der Operation der Basisstation anhand der Zeitvoreilungsinformation. Die Mobil station gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Datenübertragungsanforderung eine Zufallszugriffspaketdatenübertragungsanforderung umfaßt, und daß die Einrichtung zum Übertragen von Benutzerdaten eine Einrichtung umfaßt zum Übertragen von Benutzerdaten im Paketformat zu der Basisstation verschachtelt mit Verbindungsanforderungsnachrichten auf zumindest einem Zufallszugriffsorganisationskanal in Nachrichten, die länger sind als die Übertragungsanforderung und nicht zu einem normalen Verbindungsaufbau führen.
In dem zellularen Funksystem sendet das Festnetz typischerweise über die Basisstation eine die Identität der Mobilstation aufweisende Verbindungsherstellungsanforderung auf einem speziellen Organisationskanal (auch als Steuerkanal bezeichnet), wenn eine Verbindung mit einer Mobilstation hergestellt werden soll. Danach erfolgt ein Versuch der Herstellung einer aktuellen Sprach- oder Datenverbindung. In entsprechender Weise sendet eine Mobilstation bei einer beabsichtigten Verbindungsherstellung eine Verbindungsherstellungsanforderung auf einem der Organisationskanäle des zellularen Funksystems, worauf das System der Mobilstation einen überlassen gesprächsspezifischen Kanal zuweist, auf dem die aktuelle Signalisierung stattfindet. Alle Mobilstationen innerhalb eines bestimmten Basisstationsstandorts (Zelle) verwenden und hören denselben gemeinsamen Organisationskanal (Kanäle) ab. Organisationskanäle werden nie als leitungsvermittelte Verbindungen zugewiesen, da auf den Organisationskanälen lediglich eine zur Herstellung einer leitungsvermittelten Verbindung erforderliche Steuersignalisierung stattfindet.
Die erfindungsgemäße Übertragung der Benutzerdaten im Paketformat basiert auf vorhandenen Verbindungsherstellungsprozeduren, die auf dem für die Verbindungsherstellungsanforderungen des zellularen Funksystems reservierten Organisationskanal (Organisationskanälen) eingesetzt werden. Für die Datenübertragung ist daher keine leitungsvermittelte Verbindung erforderlich, sondern die zu übertragenden Daten werden mit den Standardnachrichten verschachtelt.
Bei den Organisationskanälen von einer Mobilstation in Richtung des Systems handelt es sich üblicherweise um sogenannte Zufallszugriffskanäle. Ein Problem bei der Datenübertragung auf einem Zufallszugriffskanal besteht darin, daß die Mobilstation eine Zufallszugriffsnachricht zu jedem Zeitpunkt innerhalb eines für den Organisationskanal zugewiesenen Zeitschlitzes senden kann. Aus diesem Grund müssen die Zufallszugriffsnachrichten sehr kurz sein, um sicherzustellen, daß sie in einen Zeitschlitz passen. Eine Zufallszugriffsnachricht ist damit für gewöhnlich zu kurz, selbst für geringe Datenmengen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung liegt eine Lösung des Problems darin, daß nur eine durch die Mobilstation gesendete Datenübertragungsanforderung vom reinen Zufallszugriffstyp mit unbekanntem Zeitpunkt ist. Auf Grundlage dieser Zufallszugriffsnachricht bestimmt das System eine von der Entfernung zwischen der Basisstation und der Mobilstation abhängige Zeitvoreilung. Anhand der Zeitvoreilung kann die Mobilstation dann bei der nachfolgenden Übertragung die zeitliche Einteilung der Übertragung des Bursts in Bezug auf den Beginn des Zufallszugriffszeitschlitzes durchführen und dadurch Bursts mit der Länge des gesamten Zufallszugriffszeitschlitzes verwenden, anstelle der kurzen Zufallszugriffsbursts. Auf diese Weise entspricht die auf dem Zufallszugriffskanal übertragene Datenmenge den praktischen Anforderungen.
In dem zellularen Netz ist die erfindungsgemäße Paketübertragung zu den keine Paketübertragung verwendenden Mobilstationen transparent, d. h. das zellulare Netz wird in sonstiger Hinsicht normal betrieben, wobei aber durch die Datenübertragung auf den Organisationskanälen eine zu den vorherigen Funktionen parallele neue Art der Datenübertragung bereitgestellt wird. Im Gegensatz zu der "leitungsvermittelten" Ver bindung wird der Organisationskanal nicht für der Datenübertragung einer bestimmten Mobilstation zugewiesen, sondern mehrere Mobilstationen können gleichzeitig Daten auf den Kanal übertragen. Außerdem findet die gesamte normale Verbindungsherstellungssignalisierung ebenfalls auf denselben Organisationkanälen statt.
Die Paketübertragung von Mobilstationen zu der Basisstation (Up-link-Übertragung) wird von den anderen Mobilstationen als Anstieg der Verbindungsherstellungskollisionsintensität registriert. Dies wiederum führt zu einer Erhöhung des Bedarfs an Übertragungswiederholungen von Verbindungsanforderungen. In einer Überlastungssituation werden keine Verbindungsanforderungen der Mobilstationen durchgelassen und daher nicht bestätigt. Die Zahl der für die Mobilstationen zugelassenen Verbindungsanforderungsversuche ist in den zellularen Systemen typischerweise begrenzt.
Damit ein Betrieb des zellularen Systems ohne Störungen sichergestellt ist, sollte eine Überlastung der vorgenannten kritischen Ressource durch die Uplink-Paketübertragung nicht zugelassen werden. Daher kann das System in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung den Belastungsgrad der Organisationskanäle dadurch steuern, daß es eine gleichzeitige Datenübertragung lediglich für eine vorbestimmte Zahl von Mobilstationen zuläßt. Dies wird durch Bereitstellen eines Paketübertragungsprotokolls erreicht, durch das die Mobilstation von dem Festnetz eine Zugriffsberechtigung für eine einen voreingestellten Grenzwert überschreitende Übertragungsintensität anfordern muß. Zur Vereinfachung der Laststeuerung ist die Zugriffsberechtigung vorzugsweise für eine beschränkte Zeitdauer gültig.
Die Paketübertragung kann auch von der Basisstation zu den Mobilstationen erfolgen (Downlink-Übertragung), wobei die Pakete mit den gewöhnlichen Steuernachrichten auf dem Organisationskanal verschachtelt sind. Diese Paketübertragung ist für die keine Paketübertragung verwendenden Mobilstationen transparent, da sie lediglich Rundrufe befolgen, die an sie adressiert sind. Aus der Sicht des Systems bedeutet dies, daß der Organisationskanal belastet wird und eine nichtausreichend Kapazität für die Steuersignalisierung als solche vorhanden sein kann, was zu einer Warteschlange oder Zurückweisung der Rundrufe führen kann. Dies kann auf einfache Weise durch Vergabe einer Priorität der Steuersignalisierung über die Paketübertragung beim Downlink-Verkehr vermieden werden.
Zusammenfassend wird den gewöhnlichen Mobilstationen innerhalb eines Zellularsystems durch die vorliegende Erfindung eine zusätzliche auf dem Organisationskanal des Zellularsystems realisierte Paketübertragungsfunktion ermöglicht durch Verschachteln der Datenpakete mit den gewöhnlichen auf dem Organisationskanal gesendeten Verbindungsanforderungen. Die erfindungsgemäße Paketübertragung ist bezüglich den anderen Mobilstationen lediglich dahingehend nichttransparent, daß die Verbindungsanforderungskollisionsintensität mit dem Belastungsgrad des Systems zunimmt. Mit anderen Worten kann dasselbe zellulare System sowohl Mobilstationen, die die erfindungsgemäße Paketübertragung verwenden, als auch Mobilstationen, die die erfindungsgemäße Paketübertragung nicht kennen, unterstützen. Die erfindungsgemäße Paketübertragung kann somit zu einem Dienste bereitstellenden zellularen Netz hinzugefügt werden, ohne den Betrieb der vorhandenen Mobilstationen zu stören. Die erfindungsgemäße Paketübertragung findet auf dem Organisationskanal statt, so daß die Mobilstation fortlaufend für die gewöhnlichen Dienst des zellularen Netzes verfügbar bleibt, während sie zu jedem Zeitpunkt Paketdaten empfangen kann. Bei der Erfindung wird die gewöhnliche Mobilitätsverwaltung (Mobility Management) des zellularen Netzes verwendet durch Senden von an die Mobilstationen adressierten Paketen lediglich innerhalb des aktuellen Ortsbereichs der adressierten Mobilstation. Die präzise Weiterleitung der Verbindungen führt zu einer effizienteren Nutzung des Systems (erhöht die Kapazität).

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Ausschnitt eines zellularen Funksystems, in dem das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt ist;
Fig. 2 eine TDMA-Kanalorganisation mit verschiedenen Superrahmen-Konfigurationen aus 51 TDMA-Rahmen in dem GSM-System;
Fig. 3 ein Signalisierungsdiagramm einer normalen Verbindungsherstellungsprozedur in dem GSM-System;
Fig. 4 eine für die erfindungsgemäße Datenübertragung modifizierte GSM-Paging-Anforderungsnachricht;
Fig. 5 ein Signalisierungsdiagramm zum Darstellen der erfindungsgemäßen Paketdatenübertragung von einer Mobilstation MS zu einer Basisstation BTS;
Fig. 6 eine in eine Nachricht zum Anfordern der erfindungsgemäßen Übertragung von Paketdaten modifizierte GSM-Kanalanforderungsnachricht;
Fig. 7 ein Kanalbeschreibungsinformationselement in einer für eine Verwendung als erfindungsgemäße Paketbestätigungsnachricht modifizierten GSM-Sofortzuweisungsnachricht;
Fig. 8 eine bei der Paketübertragung verwendete erfindungsgemäße Nachricht;
Fig. 9 einen Basisstationsaufbau; und
Fig. 10 einen Mobilistationsaufbau.

Nähere Beschreibung der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf den Steuerkanälen der digitalen zellularen TDMA-(Time Division Multiple Access, Zeitmulitplex)-Funksystemen anwendbar. Das Verfahren ist insbesondere bei einem Einsatz in dem europaweiten digitalen Mobilfunksystem GSM und anderen ähnlichen Digitalsystemen wie beispielsweise DCS 1800 und PCN (Personal Communication Network) vorteilhaft. Nachfolgend wird das bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung als Anwendung im GSM-System beschrieben, auf das die Erfindung jedoch nicht baschränkt ist.
Fig. 1 zeigt einen schematischen Ausschnitt eines zellularen GSM-Funksystems. In dem zellularen Funksystem ist der durch das System abgedeckte Bereich in Funkzellen aufgeteilt. Zwei Basisstationskontrollrechner BSC1 und. BSC2 sind über digitale Übertragungsverbindungen 12 mit einer Mobilvermittlung MSC verbunden. Des weiteren sind Basisstationen BTS1, BTS2 und BTS3, BTS4 über digitale Übertragungsverbindungen 11 mit den Basisstationskontrollrechnern BSC1 bzw. BSC2 verbunden. Jeder BSC und die durch diesen gesteuerten Basisstationen bilden ein Basisstationssystem BSS. Der Versorgungsbereich einer einzelnen Basisstation BTS bildet typischerweise eine einzelne Funkzelle. Jede Basisstation BTS1 bis BTS4 weist eine vorbestimmte feste Zahl physikalischer Funkkanäle auf. Der Aufbau und die Eigenschaften des GSM-Systems sind in den GSM- Spezifikationen näher beschrieben. Im folgenden werden lediglich einige erfindungswesentliche Merkmale beschrieben.
In den TDMA-Systemen (Time Division Multiple Access, Zeitmultiplex) besteht ein Signal (physikalischer Kanal) aus Zeitmultiplexrahmen mit jeweils einer Anzahl von Zeitschlitzen (8 Zeitschlitze im GSM), in denen logische Kanäle übertragen werden. Zu den logischen Kanälen gehören Verkehrskanäle für mit sich in der Zelle aufhaltenden Mobilfunkstationen MS aufzubauende Gespräche, und Steuerkanäle zum Durchführen einer Signalisierung mit den sich in der Zelle aufhaltenden Mobilfunkstationen MS. In dem GSM-System umfaßt ein Superrahmen 51 oder 26 Zeitmultiplexrahmen. Fig. 2 zeigt verschiedene Arten von Steuerkanalsuperrahmen, die über die Funkstrecke in der Senderichtung (Downlink) von der Basisstation BTS zu der Mobilfunkstation MS (wie beispielsweise ein Mobiltelefon) und in der umgekehrten Richtung (Uplink) von der Mobilfunkstation MS zu der Basisstation BTS verwendet werden.
Zu den erfindungswesentlichen logischen Kanälen gehören die gemeinsamen Steuerkanäle (Common Control Channels) CCCH. Beim Paging führt das Festnetz einen Rundruf zu einer Mobilstation MS durch, um die MS zum Kontaktieren des Netzes zu alarmieren. Zu diesem Zweck weist die MSC das Basisstationssystem BSS zum Senden eines Rundrufs auf einem Pagingkanal PCH an, der einen der CCCH-Kanäle bildet. Empfängt die Mobilstation MS einen Rundruf oder beabsichtigt sie eine Gesprächseinleitung, so sendet sie eine Verbindungsanforderung auf einem Zufallszugriffskanal (Random Access Channel) RACH, bei dem es sich ebenfalls um einen der CCCH-Kanäle handelt. Im Ansprechen auf die Verbindungsanforderung sendet das Basisstationssystem BSS eine Kanalzuweisung auf einem Zugriffserteilungskanal AGCH.
Fig. 3 zeigt über die Funkstrecke übertragene Nachrichten, wenn das Basisstationssystem BSS einen Rundruf an eine mobile Teilnehmerstation MS abgibt. Das BSS führt einen Rundruf an die Mobilstation MS durch, indem es eine Paging- Anforderungsnachricht auf dem PCH sendet. Beim Empfang der Paging-Anforderung fordert die Mobilstation MS durch Senden einer Kanalanforderungsnachricht auf dem RACH einen Signalisierungskanal an. Beim Empfang der Kanalanforderungsnachricht weist das Basisstationssystem BSS, dem die Zugehörigkeit der aktuellen Verbindungsanforderung zu der zuvor übertragenen Paging-Anforderungsnachricht bekannt ist, der Mobilstation MS einen Signalisierungskanal (SDCCH) zu, indem sie eine Sofortzuweisungsnachricht (Immediate Assignment Message) auf dem AGCH sendet. Ist der SDCCH der Mobilstation MS zugewiesen, so überträgt die Mobilstation auf diesem Kanal eine Paging- Antwortnachricht, die an ein die Paging-Prozedur steuerndes VLR weitergeleitet wird. Auf Grundlage dieser Nachricht stellt das VLR eine Funkverbindung her und übergibt die Gesprächssteuerung an das MSC.
Ab dem Zeitpunkt der Kanalanforderungsnachricht entspricht der durch die Mobilstation MS initiierte Verbindungsaufbau der Darstellung, wobei der einzige Unterschied darin liegt, daß die MS einen Rundruf ohne den Anstoß durch die Paging- Anforderungsnachricht sendet. Das BS3 kann unter den aus verschiedenen Gründen gesendeten Kanalanforderungsnachrichten nicht unterscheiden, sondern beantwortet diese immer in derselben Weise.
In der vorliegenden Erfindung werden die Rundrufeigenschaft der vorstehend beschriebenen Paging-Nachrichten und die Zufallszugriffseigenschaft der Kanalanforderungsnachrichten durch Verwirklichen einer dazu parallelen Paketübertragungslösung verwendet. Die erfindungsgemäße Paketübertragung erfordert keinen Verbindungsaufbau und ist mit dem ursprünglichen Dienst kompatibel, so daß die bereits in dem zellularen System vorhandenen Mobilstationen diese neue Möglichkeit nicht registrieren. Mit anderen Worten verkörpert die Erfindung ein Anwenderdatenübertragungskonzept, bei dem adressierte Daten ohne zugehörige Verbindungsherstellung in einem einzelnen Paket (TDMA-Zeitschlitz) übertragen werden können.
Die erfindungsgemäße Paketübertragung wird nachstehend in zwei Fälle aufgeteilt: Datenübertragung zu der Mobilstation MS und Datenübertragung von der Mobilstation.

Paketdatenübertragung zu der MS

Bei der Datenübertragung zu der Mobilstation sendet das Basisstationssystem BSS eine Paketdaten-Paging- Anforderungsnachricht, bei der es sich um eine neue für die Paketübertragung auf dem PCH reservierte Nachricht handelt. Das Format der Nachricht ist in Fig. 4 dargestellt. Die Paketdaten-Paging-Anforderungsnachricht ist vom selben Typ wie die Paging-Anforderungsnachricht, von der sie sich im wesentlichen in zweierlei Hinsicht unterscheidet:
1) Der Nachrichtentyp gibt an, daß die Nachricht für eine Paketdatenübertragung bestimmt ist. Dies erfolgt durch Auswählen eines für Steuernachrichten bestimmten, derzeit aber nicht verwendeten Bitmusters 00100011 zum Anzeigen einer Datenübertragung in der Steuernachricht.
2) Die Paketdaten-Paging-Anforderungsnachricht weist ein zusätzliches Feld aus 141 Oktetten (Bytes) auf, die für die Übertragung der Benutzerdaten verwendet werden. Das erste Oktett gibt die Nachrichtenlänge an.
Empfängt die Mobilstation MS ein Datenpaket, so bestätigt sie den erfolgreichen Empfang durch Senden einer Paketdaten- Kanalanforderungsnachricht auf dem FACH zu der Basisstation BTS. Das Format dieser Nachricht kann vom selben Typ wie das einer nachstehend in Verbindung mit Fig. 6 beschriebenen Nachricht sein, mit der Ausnahme, daß dem Feld Herstellungsursache (Esablish Cause) der Wert 011 zugewiesen wird.

Paketdatenübertragung ausgehend von der MS

Die Mobilfunkstation MS sendet Paketformatdaten auf den RACH in Paketdaten-Kanalanforderungsnachrichten. Das Basisstationssystem BSS bestätigt den erfolgreichen Empfang der Paketdaten-Kanalanforderungsnachricht durch Senden einer Paketdaten-Paging-Anforderungsnachricht auf dem PCH.
Da der Zeitpunkt des Zufallszugriffsbursts, in dessen Form sowohl die Paketdaten-Kanalanforderungs- als auch die Kanalanforderungsnachricht gesendet werden, nicht bekannt ist, kann in dem Burst lediglich ein Informatiosoktett übertragen werden. Dies ist für Datenanwendungen nicht ausreichend, und daher ist die Möglichkeit der Verwendung eines Standard- Bursts für die Paketdatenübertragung erforderlich. Die Übertragung eines solchen normalen Bursts ist zeitlich so eingeteilt, daß der Burst beim Empfang in dem Basisstationssystem BSS mit dem Zeitmultiplexrahmen synchronisiert wird. Hierfür ist eine der Standardverbindungsherstellung ähnelnde Steuerung des Basisstationssystems BSS erforderlich.
Bei der Standardverbindungsherstellung erfaßt die Basisstation die Zeit des Empfangs der Zufallszugriffsburst- Kanalanforderung. Auf Grundlage der Empfangszeit wählt die Basisstation eine Zeitvoreilung, die der Mobilstation in einer Sofortzuweisungs-Kanalzuweisung mitgeteilt wird, so daß eine spätere Signalisierung auf dem SDCCH zu einem für die Verwendung eines normelen Bursts geeigneten Zeitpunkt stattfinden kann.
Dieses Merkmal der Basisstation des digitalen zellularen Netzes auf Zeitmultiplexbasis wird in der Erfindung in der nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschriebenen Weise verwendet. Die eine Übertragung von Paketdaten beabsichtigende Mobilstation MS sendet eine die angeforderte Paketübertragung angebende Paketdaten-Kanalanforderungsnachricht. Bei der Kanalanforderungsnachricht kann es sich um einen gewöhnlichen Zufallszugriffsburst handeln, indem beispielsweise ein ESTABL.CAUSE-Feld zum Unterscheiden eines eine Paketübertragung anfordernden Bursts gegenüber einem eine Standardverbindungsherstellung anfordernden Zufallszugriffsburst verwendet wird. Das ESTABL.CAUSE-Feld kann beispielsweise dem in Fig. 6 gezeigten entsprechen, wobei die ersten 3 Bits auf "001" gesetzt sind und die übrigen Bits aus einer in dem Burst enthaltenen Standard-Zufallszahl bestehen.
Empfängt das Festnetz (BSS) eine Paketdatenübertragungsanforderung von der Mobilstation MS, so wird es der Mobilstation MS keinen bestimmten SDCCH zuweisen, wie in einem in Fig. 3 gezeigten Standardfall. Stattdessen erfaßt das Basisstationssystem BSS den Zeitpunkt der auf den RACH empfangenen Paketdaten-Kanalanforderung; bestimmt den korrekten Zeitpunkt auf deren Grundlage; und erteilt Zugriff für die Paketübertragung durch Senden der Paketdaten-Sofortzuweisungsnachricht auf dem AGCH, falls die Verkehrsauslastung des Steuerkanals oder des Systems dies zuläßt. Bei der Paketdaten- Sofortzuweisungsnachricht, in der das Basisstationssystem BSS eine Berechtigung für eine Paketdatenübertragung der Mobilstation MS sendet, kann es sich beispielsweise um eine Sofertzuweisungsnachricht handeln, deren Nachrichtentypenfeld (vgl. Fig. 4) auf einen Wert "00111101" gesetzt ist, um die Übertragung der Paketdaten anzuzeigen. Da die Nachricht die Mobilstation MS nicht in üblicher Weise auf den SDCCH anweist, sondern die Datenübertragung auf dem RACH stattfindet, wird das Kanaltypenfeld des in Fig. 7 gezeigten Kanalinformationselements beispielsweise auf einen Wert "10001" gesetzt, um anzuzeigen, daß die MS danach auf dem RACH verbleiben sollte. Darüber hinaus enthält die Nachricht zumindest eine Zeitvoreilungsinformation, die von der Mobilstation MS bei den nachfolgenden Übertragungstransaktionen auf dem RACH zur Synchronisation mit der Operation der Basisstation verwendet wird. Der normale Burst ist länger als der Zufallszugriffsburst und weist eine höhere Kapazität für Benutzerdaten auf. Solche normale Bursts werden als Paketdaten-Nachrichten bezeichnet. Ihr Aufbau wird im folgenden in Verbindung mit Fig. 8 beschrieben. Die Paketdaten-Sofortzuweisungsnachricht kann auch eine beschränkte Berechtigung zum Auslasten des Systems durch die Paketübertragung enthalten. Die beschränkte Berechtigung (Übertragungserlaubnis) kann beispielsweise für eine vorbestimmte Zeitdauer und/oder eine begrenzte Zahl von pro Zeiteinheit zu übertragenden Paketen gelten.
Fig. 8 zeigt einen Paketdatenburst (einen sogenannten normalen Burst), der mit einer Zeitvoreilung für die erfindungsgemäße Paketdatenübertragung auf dem Zufallzugriffskanal RACH verwendet werden kann. Der Burst umfaßt zumindest ein Datenfeld DATEN und ein Adreßfeld SN. Da mehrere Mobilstationen MS gleichzeitig Daten auf dem RACH übertragen können, ist es dem Netz möglich, anhand des Adreßfelds zwischen den zu den Sendungen verschiedener Mobilstationen gehörenden Datenpaketen zu unterscheiden. Das Adreßfeld ist vorzugsweise kurz im Verhältnis zu dem Datenfeld. Die in dem zellularen Funksystem und anderen Telekommunikationssystemen verwendeten Standardadressen sind allerdings sehr lang, so daß ein Übertragen der Adresse zu dem empfangenden Teilnehmer (der Zieladresse) in jeder Nachricht unwirtschaftlich ist, falls die Übertragungskapazität des Systems für die Übertragung von Benutzerdaten verwendet werden soll. Im GSM-System kann ein auf dem RACH zu übertragender normaler Burst sogar zu kurz sein, um die Adresseninformation zusätzlich zu den Benutzerdaten zu übertragen.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Festnetz der MS eine Dienstnummer SN zu, die die sendende MS identifiziert. Gleichzeitig startet das Festnetz einen Zeitgeber 1 zum Zuweisen einer bestimmten Dienstnummer zu einer bestimmten MS für eine vorbestimmte Zeitdauer (eine Gültigkeitsperiode). Nach Ablauf der für den Zeitgeber festgelegten Zeitdauer kann das Festnetz dieselbe Dienstnummer SM einer anderen Mobilstation MS zuweisen.
Die Verwendung der Dienstnummer ist in der WO 94/05103 näher beschrieben.
Das Netz antwortet auf den Empfang eines jeden Pakets vorzugsweise durch Senden einer Paketdaten-Paging- Anforderungsnachricht als Bestätigungsnachricht auf dem PCH an die Mobilstation MS. Das Format der Paketbestätigungsnachricht kann im wesentlichen mit dem der in Verbindung mit Fig. 4 beschriebenen Nachricht übereinstimmen. Der Nachrichtentyp kann beispielsweise auf einen Wert 00100110 geändert und die Länge des Datenbereichs auf 39 Bit reduziert werden.
Fig. 9 zeigt eine spezifische Basisstation BTS. Dies BTS umfaßt eine Basisbandschnittstellenausstattung 7, die eine Schnittstelle zwischen der Basisstation und der digitalen PCM- Verbindung 11 von dem Basisstationskontrollrechner BSC bildet. Einige der PCM-Kanäle der Verbindung 11 sind für Steuerkanäle und einige davon für Verkehrskanäle reserviert. Ein von einem beliebigen der PCM-Kanäle empfangenes Digitalsignal (Sprache, Daten, Steuernachrichten) wird in einer Rahmeneinheit 6 in Zeitmultiplexrahmen eingefügt, kanalcodiert, verschachtelt und als Zeitmultiplexbursts gesendet und in einer Sendeempfängereinheit 5 auf einen gewünschten Übertragungsträger moduliert und über ein Sendefilter 4 einer Sendeantennte ANTTX zugeführt. In entsprechender Weise wird ein an einer Empfangsantenne ANTRX empfangenes Zeitmultiplexsignal über Empfangsfilter 4 der Sendeempfängereinheit 5 zugeführt, wo es von dem Empfangsträger auf das Basisband moduliert wird. Das Signal wird dann detektiert, entschachtelt und kanaldecodiert, und die Rahmen werden in der Rahmeneinheit 6 zerlegt. Die empfangenen Nachrichten werden dann der PCM- Verbindung 11 über die Schnittstelle 7 zugeführt. Alle zu sendenden Nachrichten werden in dem Basisstationskontrollrechner BSC zusammengestellt und über die Basisstation BTS und die Funkstrecke gesendet. In gleicher Weise leitet die Basisstation BTS alle von der Funkstrecke empfangenen Nachrichten an den Basisstationskontrollrechner BSC weiter, wo sie zerlegt werden. Im einfachsten Fall erfordert die Verwirklichung der Erfindung lediglich die Software für den BST, der neben den normalen Steuernachrichten auch die bei der Übertragung von Paketdaten verwendeten Nachrichten zusammenstellt, zerlegt und verarbeitet. Ankommende und abgehende Paketdaten können des weiteren zwischen dem BSC und der MSC (und den übrigen Teilen des Netzes) in geeigneten Nachrichten oder einem für diesen Zweck zugewiesenen Kanal übertragen werden. Dies ist allerdings nicht erfindungswesentlich und wird hier nicht näher beschrieben.
Fig. 10 zeigt eine für die Verwendung in der Erfindung geeignete Mobilfunkstation MS. Die MS umfaßt eine Antenne 3, ein Duplexfilter 28, einen Empfänger 21, einen Sender 29 und einen Synthesizer 27. In der Empfengsrichtung sind ein A/D- Umsetzer 22, ein Detektor 23, eine Entschachtelungseinrichtung 24, ein Kanaldecodierer 25 und ein Sprachcodierer 26 und ein Lautsprecher in Serie zu dem Empfänger 21 geschaltet. In der Senderichtung sind ein Modulator 30, eine Zeitmultiplexbursterstellungseinrichtung 31, eine Verschachtelungseinrichtung 32, ein Kanalcodierer 33, ein Sprachcodierer 34 und ein Mikrophon in Serie vor den Sender geschaltet. Der Sprachcodierer 34, das Mikrophon, der Sprachdecodierer 26 und der Lautsprecher sind nicht erfindungswesentlich. Alle vorgenannten Blöcke werden durch eine Zeit- und Steuereinheit 35 gesteuert, die alle abgehenden und ankommenden Nachrichten verarbeitet. Im einfachsten Fall ist es zur Verwirklichung der Erfindung erforderlich, daß die Einheit eine Software aufweist, die neben den normalen Steuernachrichten auch die bei der Paketdatenübertragung verwendeten Nachrichten zusammenstellt, zerlegt und verarbeitet. Bei dem Ziel und der Quelle der ankommenden bzw. abgehenden Pakete kann es sich beispielsweise um eine Tastatur, eine Anzeige oder eine externe Datenendeinrichtung handeln. Dies ist allerdings nicht erfindungswesentlich und wird hier nicht näher beschrieben.
Die Figuren und darauf bezogene Beschreibung dienen lediglich der Erläuterung der vorliegenden Erfindung. Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens können innerhalb des Umfangs der beiliegenden Patentansprüche abgewandelt werden.

Claims

1. Verfahren zum Übertragen von Benutzerdaten im Paketformat in einem digitalen zellularen Funksystem mit Basisstationen (BTS1 bis BTS4) zum Kommunizieren mit Mobilfunkstationen (MS), wobei jede der Basisstationen zumindest einen von allen Mobilfunkstationen (MS) gemeinsam genutzten Organisationskanal (CCCH) aufweist zum Senden von Rundrufen von der Basisstation (BTS) zu den Mobilstationen, zum Senden von Verbindungsanforderungen von den Mobilstationen zu der Basisstation und zum Senden von Kanalzuweisungen an die Mobilstationen, um eine aktuelle Verbindung auf einem anderen Kanal herzustellen, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:

Senden einer Datenübertragungsanforderung auf dem Zufallszugriffsorganisationskanal (RACH) von der Mobilstation (MS) zu der Basisstation (BTS);

Erfassen der Zeit zum Senden der Anforderung auf Grundlage der an der Basissation empfangenen Anforderung;

Bestimmen einer der Entfernung zwischen der Basisstation und der Mobilstation entsprechenden Zeitvoreilung auf Grundlage der erfaßten Zeit;

Senden der bestimmten Zeitvoreilungsinformation zu der Mobilstation;

Senden von Benutzerdaten von der Mobilstation (MS) zu der Basisstation (BTS) in Nachrichten, die länger als die Übertragungsanforderung sind, und zeitliches Einteilen der Übertragung der Nachrichten bezüglich der Operation der Basisstation anhand der Zeitvoreilung,

dadurch gekennzeichnet, daß

der Schritt des Sendens der Datenübertragungsanforderung einen Schritt des Sendens einer Zufallszugriffspaketdatenübertragungsanforderung umfaßt, und

daß der Schritt des Sendens von Benutzerdaten ein Übertragen der Benutzerdatenpakete von den Mobilstationen zu der Basisstation verschachtelt mit den Verbindungsanforderungsnachrichten auf zumindest einem Zufallszugriffsorganisationskanal (RACH) in Nachrichten, die nicht zu einer normalen Verbindungsherstellung führen, umfaßt.

2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß

der zumindest eine Organisationskanal (CCCH) der Basisstation einen ersten Steuerkanal (PCH) umfaßt zum Senden von Rundrufen von der Basisstation zu den Mobilstationen; einen zweiten Steuerkanal (RACH) zum Senden von Verbindungsanforderungsnachrichten von den Mobilstationen zu der Basisstation; und

einen dritten Steuerkanal (AGCH) zum Senden von Bestätigungsnachrichten von der Basisstation zu den Mobilfunkstationen.

3. Verfahren nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Übertragung der Paketdaten von einer Mobilstation (MS) zu der Basisstation (BTS) umfaßt

a) Senden einer Benutzerdaten enthaltenden Nachricht auf dem zweiten Steuerkanal (RACH) zu der Basisstation (BTS);

b) Senden einer Antwortnachricht als Bestätigung auf dem dritten Steuerkanal (AGCH) an die Mobilstation; und

c) Wiederholen der Schritt a) und b) für jedes zu übertragende Datenpaket.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Übertragung der Paketdaten von einer Mobilstation zu der Basisstation umfaßt:

Senden einer Paketdatenübertragungsanforderung von der Mobilstation (MS) zu der Basisstation (BTS) auf dem zweiten Steuerkanal (RACH);

Zuweisen einer Dienstnummer (SN), die die Mobilstation identifiziert, im Ansprechen auf die Übertragungsanforderung;

Senden der Dienstnummer in einer Antwortnachricht von der Basisstation zu der Mobilstation auf dem dritten Steuerkanal (AGCH);

Senden von Benutzerdaten und die Dienstnummer (SN) enthaltenden Datenpaketen von der Mobilstation zu der Basisstation auf dem zweiten Steuerkanal (RACH); und

Identifizieren der von der Mobilstation empfangenen Datenpakete und Weiterleiten der Datenpakete auf Grundlage der Dienstnummer (SN).

5. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Benutzerdaten mit den Steuernachrichten verschachtelt sind.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragung der Paketdaten von der Basisstation zu einer Mobilfunkstation umfaßt

a) Senden einer Benutzerdaten enthaltenden Paketnachricht auf dem ersten Steuerkanal (PCH) zu der Mobilstation (MS)

b) Senden einer Antwortnachricht als Bestätigung auf dem zweiten Steuerkanal (RACH) an die Basisstation (BTS); und

c) Wiederholen der Schritte a) und b) für jedes zu übertragende Datenpaket.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das zellulare Funksystem ein digitales GSM-Mobilfunksystem ist; und daß der erste Steuerkanal ein Paging-Kanal (PCH), der zweite Steuerkanal ein Zufallszugriffskanal (RACH) und der dritte Steuerkanal ein Zugriffserteilungskanal (AGCH) ist.

8. Mobilstation für ein digitales zellulares Funksystem mit Basisstationen (BTS1 bis BTS4) zum Kommunizieren mit Mobilfunkstationen (MS), wobei jede der Basisstationen zumindest einen von allen Mobilfunkstationen gemeinsam genutzten Organisationskanal (CCCH) aufweist zum Senden von Rundrufen von der Basisstation zu den Mobilstationen, zum Senden von Verbindungsanforderungen von den Mobilstationen zu den Basisstationen und zum Senden von Kanalzuweisungen zu den Mobilstationen, um eine aktuelle Verbindung auf einem anderen Kanal herzustellen, wobei die Mobilstation umfaßt:

eine Einrichtung zum Senden einer Datenübertragungsanforderung auf einem Zufallszugriffsorganisationskanal;

eine Einrichtung zum Empfangen einer der Entfernung zwischen der Mobilstation (MS) und der Basisstationen (BTS) entsprechenden Zeitvoreilungen der Basisstation;

eine Einrichtung zum Übertragen von Benutzerdaten zu der Basisstation in Nachrichten, die länger als die Übertragungsanforderung sind, durch zeitliches Einteilen der Übertragung der Nachrichten bezüglich der Operation der Basisstation anhand der Zeitvoreilungsinformation,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Datenübertragungsanforderung eine Zufallszugriffspaketdatenübertragungsanforderung aufweist, und daß die Einrichtung zum Übertragen der Benutzerdaten eine Einrichtung umfaßt zum Übertragen der Benutzerdaten im Paketformat zu der Basisstation verschachtelt mit Verbindungsanforderungsnachrichten auf zumindest einem Zufallzugriffsorganisationskanal in Nachrichten, die länger als die Übertragungsanforderung sind und nicht zu einer normalen Verbindungsherstellung führen.